Menu

Розрахунки, пов’язані з глушінням свердловин

Розрахунки, пов’язані з глушінням свердловин під час здійснення ремонтних робіт

 

1. Розрахунок тиску на вибої свердловини, яка простоює

Тиск на вибої простоюючої свердловини знаходимо за формулою:

pв = pг + p0 ± Dpс, (2.30)

де pв – тиск на вибої свердловини, яка простоює; pr - гідростатичний тиск стовпа рідини у свердловині; p0 – тиск на гирлі свердловини або тиск на вільній поверхні рідини; Dpс – перепад тиску, що може виникати перед початком руху рідини від прояву її неньютонівських (в’язко-пластичних, структурно-механічних) властивостей.

Гідростатичний тиск стовпа рідини

pг = Нrg, (2.31)

де Н – глибина свердловини, точніше висота стовпа рідини; r – середня густина рідини (нафти, води, рідини глушіння, бурового розчину тощо) за температурних умов у стовбурі свердловини; g - прискорення вільного падіння.

Перепад тиску Dpс визначаємо за формулою:

[image], (2.32)

де t0 – статична напруга зсуву в’язкопластичної рідини (нафти, бурового розчину тощо); Dв – середній внутрішній діаметр колони труб (експлуатаційної колони).

Якщо тиск на вибої свердловини починає повільно зростати внаслідок слабкого припливу рідини із пласта, то перед початком руху розчину величину Dpс необхідно брати зі знаком плюс, а перед початком руху рідини в пласт (повільне поглинання) – зі знаком мінус.

2. Визначення густини рідини глушіння

Якщо свердловина заповнена рідиною глушіння, то її гирло може бути відкритим, бо рідина глушіння створює протитиск на пласт і попереджує викиди зі свердловини. Тоді із формули гідростатичного тиску, нехтуючи величиною атмосферного тиску, знаходимо густину рідини глушіння (промивальної рідини під час розкриття і розбурювання продуктивного пласта):

[image], (2.33)

де pпл – пластовий тиск (тиск на вибої свердловини, яка тривало простоює); kз – коефіцієнт запасу, який береться в залежності від глибини Н:

H, м

≤1200

>1200

kз

1,1-1,15

1,05-1,1.

3. Оцінка відносного тиску в системі пласт - свердловина

Відносний тиск – це відношення пластового тиску pпл до умовного гідростатичного тиску у свердловині pг (тиску стовпа прісної води висотою, рівною глибині свердловини),

[image]. (2.34)

У свердловині можуть мати місце:

– за pвідн > 1 – розгазування нафти (виділення газу з розчину), перемішування нафти і води та фонтанування, а за значного перевищення (pвідн >> 1) – газові, нафтові та водяні викиди і фонтанування; для їх попередження під час ремонтних робіт свердловину необхідно заповнити рідиною глушіння, густина якої повинна бути не меншою 103 pвідн кг/м3, тоді матимемо pвідн ³ 1;

– за pвідн £ 1 – викидів нафти не повинно бути, але може спостерігатися поглинання рідини пластом (pвідн < 1), а за pвідн << 1 – повна втрата циркуляції; для безпеки робіт свердловину теж необхідно заповнити рідиною глушіння (наприклад, гідрофобно-емульсійним розчином), а за pвідн = 1 є найбільш сприятливі умови для роботи у свердловині.

3. Визначення зниження тиску у свердловині після підняття із неї колони труб

Колона труб у свердловині займає певний об’єм, а після їх підняття це призведе до зниження рівня рідини і, як наслідок, до зменшення тиску, що створюється стовпом рідини, якою заповнена свердловина:

Dp = Dhrg, (2.35)

де Dh – зниження рівня рідини; r – густина рідини; g – прискорення вільного падіння.

Об’єм колони труб становить

[image], (2.36)

який дорівнює об’єму рідини

Vк = Dh F, (2.37)

звідси зниження рівня рідини

[image], (2.38)

де Мк – маса колони труб; rм – густина металу труб; F - площа поперечного прохідного перерізу експлуатаційної колони.

Маса колони однорозмірних труб

Мк = m L, (2.39),

де m - маса 1 м труб з урахуванням муфт (довідкова величина); L - довжина колони труб.

4. Типовий розрахунок процесу підготовки і закачування розчину для глушіння свердловини

Мета розрахунку – визначення густини розчину, витрати реагенту, кількість розчину. Порядок розрахунку такий:

– встановлюють розрахункову значину пластового тиску у свердловині, що ремонтуються (із карти ізобар або в результаті дослідження);

– обчислюють потрібну густину рідини глушіння:

[image] (2.40)

де ρр.г – густина розчину глушіння, кг/м3; рпл – пластовий тиск, Па; L – відстань по вертикалі від гирла свердловини до продуктивного горизонту, м; g – швидкість вільного падіння, м/с2; α – коефіцієнт запасу, який враховує можливість підвищення пластового тиску в зоні свердловини у період ремонту; α = 1,05 - 1,15;

– визначають вологість реагенту, густину сухого реагенту і густину вологи, що насичує реагент;

– обчислюють необхідний об’єм рідини глушіння:

Vрг = 0,785D2Lсвψ, (2.41)

де Vрг – об’єм розчину глушіння, м3; D – внутрішній діаметр обсадної колони, м; Lсв – довжина свердловини (відстань від гирла до вибою), м; ψ – коефіцієнт втрат, залежить від приймальності свердловини, ψ > 1;

– розраховують масу реагенту, необхідну для приготування заданого об’єму рідини глушіння Vрг необхідної густини ρр.г:

[image] (2.42)

де Мреаг – маса реагенту, необхідна для приготування розчину, кг; ρв – густина розчинника (води), кг/м3; ρреаг – густина реагенту в сухому стані, кг/м3; [image] – вологість реагенту; Vвл – об’єм вологи у вихідному реагенті, м3; Vреаг – об’єм вологого реагенту, м3; решта позначень попередні;

– розраховують необхідний об’єм розчинника (води), м3:

[image] (2.43)

Задача 2.3 Визначити тиск оберненої емульсії (гідрофобно-емульсійного розчину, стабілізованого емульгатором ЕС-2) на вибій свердловини, яка простоює, глибиною 2125 м і з внутрішнім діаметром експлуатаційної колони 150,3 мм. Рідина глушіння має густину ρ = 1120 кг/м3 і статичну напругу зсуву t0 = 25 сПа. Гирло свердловин не герметизовано.

Розв’язування. Якщо гирло свердловини не герметизовано, то тиск на вільній поверхні рідини дорівнює атмосферному тиску, тобто p0 = 0,1 МПа.

Гідростатичний тиск стовпа рідини глушіння у свердловині

pг = Н r g = 2125×1120×9,81 = 23,3×106 Па,

де Н – глибина свердловини; g – прискорення вільного падіння.

Перепад тиску рідини глушіння за рахунок її структурно-механічних властивостей

[image],

де Dв - внутрішній діаметр експлуатаційної колони, м.

Тоді тиск рідини глушіння на вибій свердловини перед початком припливу рідини із пласта pв' = p0 + pг + Dp = 0,1 + 23,3 + 0,014 = 23,41 МПа, а також перед повільним поглинанням pв'' = p0 + pГ – Dp = 0,1 + 23,3 – 0,014 = 23,39 МПа.

 

Задача 2.4 Визначити густину і об’єм рідини для глушіння нафтової фонтанної свердловини. Відомо: глибина свердловини 3420 м; пластовий тиск 41,5 МПа; свердловина обсаджена двосекційною експлуатаційною колоною з умовним діаметром верхньої секції 168 мм (товщина стінки 10 мм), опущеної на глибину 2300 м, і нижньої секції 146 мм (товщина стінки11 мм) з глибини 2300 м до 3420 м.

Розв’язування. Визначаємо відносний пластовий тиск за формулою:

[image],

де pпл – пластовий тиск, Па; Н – глибина свердловини, м; rв - густина прісної води

(rв = 1000 кг/м3); g - прискорення вільного падіння, м/с2.

Оскільки pвідн > 1, то необхідно, щоб густина рідини глушіння r була не меншою 103 pвідн кг/м3. Беремо r = 103 pвідн = 103·1,24 = 1240 кг/м3.

Об’єм свердловини

[image],

де D/1, D1, L1 – відповідно зовнішній і внутрішній діаметри та довжина першої секції труб, м; D1 = D/1 – 2d1 = 0,1683 - 2×10·10–2 = 0,1483 м; d1 – товщина стінки труб першої секції, м; D/2, D2, L2, d2 – аналогічно D/1, D1, L1, d1 для другої секції; D/2 = D2 – 2d2 = 0,146 – – 2·11·10–3 =0,124 м.

Оскільки свердловина фонтанна, то об’єм рідини глушіння беремо рівний двом об’ємам свердловини, тобто Vр.г = 2 V = 106,4 м3.

 

Задача 2.5 Визначити густину промивальної рідини, необхідної для розкриття продуктивного пласта під час буріння другого стовбура свердловини в процесі її капітального ремонту. Продуктивний пласт залягає на глибині H = 1850 м, а пластовий тиск у ньому pпл = 22 МПа.

Розв’язування. Густину промивальної рідини визначаємо за формулою:

[image] кг/м3,

де kз = 1,1, якщо H > 1200 м.

 

Задача 2.6 Визначити тиск на вибої і зниження тиску у свердловині після підняття із неї колони насосно-компресорних труб, а також величину запасного об’єму рідини глушіння з метою дозаповнення свердловини і стабілізації в ній тиску. Відомо: глибина свердловини 2780 м; внутрішній діаметр експлуатаційної колони становить 152,3 мм (до глибини 2030 м) і 126 мм (нижче 2030 м); колона НКТ із гладких труб, двосекційна з умовним діаметром 73 мм (товщина стінки 5,5 мм, довжина 1850 м) і 60 мм (довжина 700 м); труби виконання А; свердловина заповнена розчином хлориду кальцію густиною 1230 кг/м3.

Розв’язування. Визначаємо масу кожної секції і загальну масу піднятих НКТ за формулами:

М1 = m1L1 + m1¢(L1/l) = 9,2 × 1850 + 2,4 (1850 / 10) = 17464 кг;

М2 = m2 L2 + m2¢(L2/l) = 6,8 × 700+1,3(700 / 10)= 4851 кг;

М = М1 + М2 = 17464 + 4851 = 22315 кг,

де m1, m2 - маса 1 м труби, кг; m1¢, m2¢ -маса одної муфти НКТ, м; L1, L2 - довжина секції труб, м; l - довжина однієї труби, м; Lі/l - кількість муфт і-ої секції; і = 1;2; М1, М2, М - маса труб відповідно першої і другої секцій та всієї колони НКТ, кг.

Об’єм металу колони НКТ

[image] м3,

де rм – густина металу (сталі) НКТ (rм = 7850 кг/м3).

Зниження рівня рідини глушіння в експлуатаційній колоні з внутрішнім діаметром 152,3 мм

[image] м,

де F - площа прохідного поперечного перерізу експлуатаційної колони, м; F = pD2в/4; Dв - внутрішній діаметр експлуатаційної колони, м.

Оскільки Dh < 2030 м , то зниження рівня рідини відбулося тільки у верхній частині експлуатаційної колони.

Зниження тиску на вибій свердловини після підняття НКТ становить

Dp = Dhrg = 156 × 1230 × 9,81 = 1.88·106 Па = 1,88 МПа,

де r - густина рідини глушіння, кг/м3; g - прискорення вільного падіння, м/с2.

Гідростатичний тиск рідини глушіння на вибій свердловин становив

p1 = Нrg =2780 × 1230 × 9,81 = 3,35·106 Па = 3,35 МПа,

а після підняття НКТ

p2 = p1 – Dp = (Н – Dh) r g = 3,35 – 1,88 = 1,47 МПа.

Запасний об’єм рідини глушіння для доливання у свердловину в процесі піднімання колони НКТ дорівнює об’єму металу НКТ і відповідно становить 2,84 м3.

 

Задача 2.7 Розрахувати густину, об’єм та компоненти гідрофобно-емульсійного розчину для глушіння свердловини. Відомо: глибина свердловини [image]; діаметр експлуатаційної колони [image]; пластовий тиск [image].

Розв’язування. Визначаємо відносний тиск

[image],

де [image] – пластовий тиск, Па; [image] – гідростатичний тиск у свердловині, Па; [image] – прискорення вільного падіння, м/с2; [image] – густина води, кг/м3.

Оскільки [image], то необхідно, щоб густина гідрофобноемульсійного розчину (ГЕР) була не менше 1280 кг/м3. Виходячи з розрахованої величини густини із табл. 2.6 знаходимо, що для розглядуваного випадку підходить склад ГЕР № 4, для приготування 1 м3 якого необхідно 0,56 м3 нафти густиною 870 кг/м3, 0,015 м3 емульгатора-стабілізатора (ЕС-2), 0,3 м3 пластової води густиною 1250 кг/м3, 0,5 т бариту. Тоді густина отриманого ГЕР згідно з цією ж таблицею буде 1350 кг/м3, умовний коефіцієнт в’язкості за ВП-5 рівний 300-400 с, статичне напруження зсуву через 1 хв – 16-20 сПа, через 10 хв – 18-25 сПа, фільтратовіддача 1 см3/30 хв.

Для глушіння свердловини необхідно мати ГЕР в об’ємі, що перевищує об’єм свердловини (для доливання в затрубний простір під час зниження рівня рідини в свердловині в процесі піднімання НКТ). Беремо об’єм ГЕР рівним 1,1 об’єму свердловини, тобто

[image],

де [image] – об’єм свердловини, м3; [image]; [image] – внутрішній діаметр експлуатаційної колони, [image]=124 мм. Тоді [image], а значить [image]. Беремо [image].

Визначаємо кількість необхідних компонентів для приготування всієї розрахованої кількості ГЕР, виходячи з об’ємів, що складатимуть 48 м3 розчину, а саме:

нафти – [image];

емульгатора-стабілізатора – [image];

пластової води – [image];

бариту – [image].

Задача 2.8 Визначити кількість бентонітової глини з вологістю 5% і стічної води густиною 1040 кг/м3, необхідних для приготування 1 м3 розчину густиною 1200 кг/м3.

Розв’язування. Кількість глини, яка витрачається на приготування 1 м3 розчину, визначаємо за формулою:

[image],

де [image], [image], [image] – густини відповідно глини, води і глинистого розчину ([image], беремо [image]); [image] – вологість глини (для практичних розрахунків беруть [image]).

Об’єм глини в 1 м3 розчину

[image],

а об’єм води

[image].

Задача 2.9 Визначити кількість обважнювача – бариту густиною 4500 кг/м3, вологістю 10% для обважнення бурового розчину з метою збільшення його густини від 1200 кг/м3 до 1700 кг/м3.

Розв’язування. Кількість обважнювача, яка необхідна для підвищення густини 1 м3 бурового розчину, визначаємо за формулою:

[image]

[image],

де [image], [image], [image] – густина відповідно обважнювача, бурового розчину і обважненого розчину; [image] – вологість обважнювача, частка одиниці.

Об’єм обважнювача в 1 м3 обважненого розчину

[image],

а об’єм бурового (необважненого) розчину

[image].

Задача 2.10 Свердловину глибиною 2400 м заглушили рідиною глушіння, яка мала густину 1180 кг/м3, при цьому рівень рідини у свердловині знизився на 220 м від гирла. Визначити густину рідини глушіння, за якої свердловина буде заповнена рідиною глушіння до гирла.

Розв’язування. Необхідну густину рідини глушіння визначаємо із співвідношення тисків:

[image],

тобто

[image],

де [image] — глибина свердловини; [image] — зниження рівня рідини у свердловині; [image], [image] — густина рідини глушіння до поглинання і необхідна; [image] — прискорення вільного падіння.

Задача 2.11 Визначити кількість обважнювача (бариту) густиною 4500 кг/м3, вологістю 10 % для обважнення 1 м3 рідини глушіння з метою підвищення її густини від [image] до [image].

Розв’язування. Масу обважнювача, яка необхідна для підвищення густини 1 м3 розчину, визначаємо за формулою:

[image]

[image].

Об’єм обважнювача в 1 м3 обважненого розчину

[image].

Задача 2.12 Визначити кількість бентонітової глини густиною [image], обважнювача (бариту) густиною [image], вологістю [image]і води, щоб отримати обважнений глинистий розчин об’ємом [image] з густиною [image].

Розв’язування. Послідовно розраховуємо для 1 м3 обважненого розчину:

– кількість глини для приготування 1 м3 глинистого розчину густиною 1200 кг/м3

[image];

– об’єм глини в 1 м 3 розчину

[image];

– кількість обважнювача для підвищення густини 1 м3 розчину

[image]

[image];

– об’єм обважнювача в 1 м3 обважненого розчину

[image];

– сумарний об’єм глини і обважнювача в 1 м3 розчину

[image];

– об’єм води в 1 м3 обважненого розчину

[image],

де [image] – густина необважненого глинистого розчину, кг/м3; [image] – густина води, кг/м3.

Відтак розраховуємо відповідні кількості компонентів для приготування 30 м3 обважненого розчину:

– об’єм глини для приготування 30 м3 розчину

[image];

– масу сухої глини

[image];

– об’єм обважнювача

[image];

– масу обважнювача

[image];

— об’єм води

[image].

 

Задача 2.13 Розрахувати необхідну кількість реагенту з вологою b = 0,15 і густиною ρреаг = 2100 кг/м3 і розчинника – стічної води густиною ρв =1100 кг/м3 для приготування рідини глушіння з метою глушіння свердловини з внутрішнім діаметром обсадної колони D = 0,148 м, довжиною Lсв = 1950 м і відстанню до продуктивного горизонту Н = 1930 м. Коефіцієнт запасів α = 1,08, витікань ψ = 1,09, ρвл = 1040 кг/м3;

із карти ізобар встановлюємо розрахунковий пластовий тиск у свердловині рпл = 226·105 Па/м;

густина рідини глушіння

[image]

об’єм рідини глушіння

[image]

маса реагенту з вологістю b = 0,15:

[image]

об’єм розчинника

[image]

Зіставимий розрахунок показав, що витрата сухого реагенту (b = 0) на 11 % нижча.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4885 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8075 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4920 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Проектирование производства реконструкти…

При реконструкции промышленных объектов производство строительно-монтажных работ может быть организовано последовательным, параллельным и поточным методами. Последовательный метод предусматривает переход бригады на следующую захватку после...

29-07-2009 Просмотров:9709 Реконструкция промышленных предприятий.

Обладнання для цементування та змішуванн…

Воно включає цементувальнi насоснi устатковання (агрегати), цементувальну головку та змiшувальнi устатковання. Особливiсть цих насосних устатковань – наявнiсть цементного бачка – зумовлена їх призначенням. Цементувальні насосні устатковання призначені для приготування, нагнітання і...

19-09-2011 Просмотров:9142 Підземний ремонт свердловин

Составление проекта сети постоянного съе…

Постоянное планово-высотное съемочное геодезическое обоснование на станциях и перегонах железных дорог создается для выполнения текущих разбивок от закрепленных пунктов при реконструкции- и развитии линий, при строительстве искусственных сооружений и вторых...

27-07-2010 Просмотров:9287 Постоянное планово-высотное съемочное обоснование